JP2004293905A

JP2004293905A - 吸着式冷凍機と、その運転方法

Info

Publication number: JP2004293905A
Application number: JP2003086136A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mochizuki; 武望月; Kenji Yamazaki; 健治山崎; Ichiro Hongo; 一郎本郷
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】本発明は、吸着工程の前に予冷工程を行い、脱着工程の前に予熱工程を行うことにより、速やかに吸着剤に対する吸着と脱着を開始して、吸着工程と脱着工程を効率よく行える吸着式冷凍機および、その運転方法を提供する。
【解決手段】吸着剤Ｓが充填される吸着器１ａ〜１ｄ、吸着質Ｋを凝縮液化させる凝縮器２ａ〜２ｄおよび吸着質を蒸発させる蒸発器３ａ〜３ｄ等を内蔵する少なくとも４組の吸着塔Ａ〜Ｄと、各吸着塔の吸着器へ高温の熱媒を供給する熱源器１１と、吸着器と凝縮器へ低温の熱媒を供給する放熱器１４と、吸着質の蒸発にともなって蒸発器で得られる冷熱を出力する冷却器１７と、これら少なくとも４組の吸着塔、熱源器、放熱器および冷却器を接続する配管ｐおよび各切換器１２，１３，１８，１９とで吸着式冷凍サイクルを構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカゲル、活性炭、ゼオライト等からなる吸着剤を加熱あるいは冷却することにより、吸着剤からアルコール、水、アンモニア等の吸着質（作動流体）を脱着し、あるいは吸着質を吸着剤に吸着させてヒートポンプ作用をなす吸着式冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式冷凍機に係る先行技術が［特許文献１］に開示されている。この吸着式冷凍機は、吸着質を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で蒸発した吸着質を吸着剤に吸着させ、かつ吸着剤から吸着質を脱着させる吸着器と、吸着剤から離脱した蒸気を凝縮して液状の吸着質に戻す凝縮器とから構成される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２８７５３１号公報
なお、上記蒸発器、吸着器および凝縮器は、所定部位に切換え弁および開閉弁を備えた配管によって連結されている。上記弁類に対する切換え操作によって吸着質が蒸発器と吸着器および凝縮器の間を循環する。蒸発器において吸着質が蒸発する際に周囲から潜熱を奪う。この潜熱を利用して冷凍作用が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の冷凍作用時には、吸着器内の吸着剤を冷却して蒸発器における吸着質を蒸気に換え、この吸着質蒸気を吸着剤に吸着させる吸着工程が行われる。この吸着工程を所定の時間に亘って継続すると、吸着剤に吸着した吸着質蒸気がついには飽和状態になる。
【０００５】
そこで、今度は吸着器内に高温の熱媒を導びいて吸着剤を加熱し、吸着剤から吸着質を脱着させる脱着工程に切換えられる。吸着剤から脱着させられた吸着質は全て凝縮器に導かれる。ここで吸着質は冷却されて凝縮液化し、再び蒸発器に導かれて上述のサイクルを循環する。
すなわち、吸着器では吸着剤に対して冷却作用と、加熱作用を交互に繰り返して行うことになる。
【０００６】
したがって、工程の切換え時において、切換え前の工程での熱影響が残って円滑さに欠けるばかりでなく、吸着器の熱容量に起因する熱ロスが生じて無視できないエネルギ損失がある。当然、冷凍サイクル運転の中断時間が長くなり、冷凍サイクル効率の低下がある。
【０００７】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、吸着工程の前に予冷工程を行い、脱着工程の前に予熱工程を行うことにより、脱着工程と吸着工程後の吸着器での余熱を処理活用し、次の吸着工程と脱着工程において、速やかに吸着剤に対する吸着と脱着を開始して、吸着工程と脱着工程を効率よく行える吸着式冷凍機および、その運転方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の吸着式冷凍機は、吸着剤を加熱／冷却することにより、吸着剤に対する吸着質の脱着／吸着をさせてヒートポンプ作用を行い、吸着剤を充填し熱交換器を有する吸着器、吸着剤から脱着した吸着質を凝縮液化させる凝縮器および、液化した吸着質を蒸発させる蒸発器等を内蔵する少なくとも４組の吸着塔と、各吸着塔における吸着器の熱交換器へ高温の熱媒を供給する熱源器と、吸着器の熱交換器と凝縮器へ低温の熱媒を供給する放熱器と、蒸発器に熱媒を供給して吸着質の蒸発にともなって得られる冷熱を出力し冷凍作用をなす冷却器と、これら少なくとも４組の吸着塔と、熱源器と、放熱器および冷却器を接続して熱媒を導く配管および熱媒の流れを切換える切換器とで吸着式冷凍サイクルを構成する。
【０００９】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の吸着式冷凍機の運転方法は、上述した吸着式冷凍機を用いて、それぞれの吸着塔に対して、放熱器から低温の熱媒を吸着器の熱交換器へ導き吸着器内の吸着剤を冷却して吸着質の吸着を行う吸着工程と、熱源器から一旦別の吸着塔に導かれ温度低下した熱媒を吸着器の熱交換器へ導き吸着器内の吸着剤を予熱する予熱工程と、熱源器から高温の熱媒を吸着器の熱交換器へ導き吸着器内の吸着剤を加熱して吸着剤から吸着質を脱着させる脱着工程と、放熱器から一旦別の吸着塔に導かれ温度上昇した熱媒を吸着器の熱交換器へ導き吸着器内の吸着剤を予冷する予冷工程とを順次切換えて運転を行う。
【００１０】
このような課題を解決する手段を採用することにより、脱着工程と吸着工程後の吸着器での余熱を処理活用し、次の吸着工程と脱着工程において、速やかに吸着剤に対する吸着と脱着を開始して、吸着工程と脱着工程を効率よく行える
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００１２】
図１は、吸着式冷凍機全体の構成を概略的に示している。図２〜図５は、吸着式冷凍機の実際の冷凍サイクル構成を示していて、各図において互いに異なる工程となっている。
【００１３】
はじめに、吸着式冷凍機全体の構成から説明すると、全く同一形状構造の、第１の吸着塔Ａと、第２の吸着塔Ｂと、第３の吸着塔Ｃおよび第４の吸着塔Ｄが、互いに独立した容器として配置されている。
【００１４】
各吸着塔Ａ〜Ｄは密閉構造となっていて、各々の内部には後述するように、吸着器１ａ〜１ｄと、凝縮器２ａ〜２ｄおよび蒸発器３ａ〜３ｄが収容されているとともに、アルコール、水、アンモニア等からなる吸着質（作動流体とも呼ばれる）Ｋが所定量、充填されている。
【００１５】
上記吸着器１ａ〜１ｄは、本体内に熱交換パイプとフィンとからなる熱交換器５を有していて、この熱交換器５のフィン間に充填されるシリカゲル、活性炭、ゼオライト等の吸着剤Ｓとから構成される。なお、上記熱交換器５を構成する熱交換パイプの両端部は、それぞれの吸着器１ａ〜１ｄから外部に延出される。
【００１６】
上記凝縮器２ａ〜２ｄは、熱交換パイプとフィンとからなる熱交換器７を有していて、熱交換器７の周囲は上述した吸着質Ｋが満たされる。なお、熱交換器７を構成する熱交換パイプの両端部はそれぞれ外部へ延出される。
【００１７】
上記蒸発器３ａ〜３ｄは、熱交換パイプとフィンとからなる熱交換器９を有していて、熱交換器９の周囲は上述した吸着質Ｋが満たされる。なお、熱交換器９を構成する熱交換パイプの両端部はそれぞれ外部へ延出される。
【００１８】
各吸着塔Ａ〜Ｄにおける蒸発器３ａ〜３ｄ対向部位のみ断熱材１０が充填されていて、蒸発器３ａ〜３ｄは二重構造の容器となし、特に外面側が断熱構造となる。このことから、各吸着塔Ａ〜Ｄの外部から内部である蒸発器３ａ〜３ｄへの熱侵入を阻止でき、蒸発器における熱交換効率の向上を得られる。
【００１９】
このような構成の第１〜第４の吸着塔Ａ〜Ｄとは離間する一側部位に、熱源器１１と、熱源切換器１２と、第１の放熱器切換器１３および放熱器１４が配置される。
【００２０】
上記熱源器１１は、常時、高温を保持するように温度制御された熱媒を集溜している。ここに接続される２本の配管ｐのうちの１本の配管中途部に、熱源器１１から高温の熱媒を図中矢印方向へ給出する循環ポンプ１５が設けられる。
【００２１】
上記熱源器１１から延出される２本の配管ｐは、上記熱源切換器１２に接続される。上記循環ポンプ１５の存在から、一方配管ｐが高温熱媒を熱源器１１から熱源切換器１２へ給出案内する導出管であり、他方配管ｐが熱源切換器１２から温度低下した熱媒を熱源器１１に戻し案内する戻し管となる。
【００２２】
上記放熱器１４は、常時、低温を保持するように温度制御された熱媒を集溜している。ここに接続される２本の配管ｐのうちの１本の配管中途部に、放熱器１４から低温の熱媒を図中矢印方向へ給出する循環ポンプ１６が設けられる。
【００２３】
上記放熱器１４から延出される２本の配管ｐは、第１の放熱切換器１３に接続される。上記循環ポンプ１６の存在から、一方配管ｐが低温の熱媒を放熱器１４から第１の放熱切換器１３へ給出案内する導出管であり、他方配管ｐが第１の放熱切換器１３から熱媒を放熱器１４へ戻し案内する戻し管となる。
【００２４】
上記熱源切換器１２および第１の放熱切換器１３とも、流出部と流入部とで対になる接続ポート１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄが各々４対備えられる。各切換器１２，１３内部には１組の切換え機構が収容され、各４対の接続ポート１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄのうちのいずれか２対の接続ポートが、上記導入管ｐと戻し管ｐおよび接続ポート相互に連通するように切換えられる。
【００２５】
熱源切換器１２と、第１の放熱切換器１３の接続ポート１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄに接続される配管は、各切換器１２，１３における同一部位の接続ポートと連通するように配管されている。
【００２６】
すなわち、熱源切換器１２と第１の放熱切換器１３における第１の接続ポート１２ａ，１３ａ相互、第２の接続ポート１２ｂ，１３ｂ相互、第３の接続ポート１２ｃ，１３ｃ相互、第４の接続ポート１２ｄ，１３ｄ相互が連通される。
【００２７】
さらに、第１の接続ポート１２ａ，１３ａ相互を連通する一対の配管ｐ中途部から別の配管ｐが分岐していて、これら配管ｐは上記第１の吸着塔Ａにおける吸着器１ａの熱交換パイプ５に接続される。
【００２８】
以下同様に、第２の接続ポート１２ｂ，１３ｂ相互を連通する配管ｐから分岐して第２の吸着塔Ｂの吸着器１ｂの熱交換パイプ５に、第３の接続ポート１２ｃ．１３ｃ相互を連通する配管ｐから分岐して第３の吸着塔Ｃの吸着器１ｃの熱交換パイプ５に、第４の接続ポート１２ｄ，１３ｄ相互を連通する配管ｐから分岐し第４の吸着塔Ｄの吸着器１ｄの熱交換パイプ５に、それぞれ接続される。
【００２９】
上記第１の吸着塔Ａ〜第４の吸着塔Ｄの他側部位には、冷却器１７と、冷却切換器１８および第２の放熱切換器１９が配置される。
上記冷却器１７は、後述するようにして得られた低温の熱媒を集溜する。すなわち、吸着式冷凍機は、この冷却器１７に集溜する熱媒から冷熱を取出して利用部位に供給することにより、必要な冷凍作用をなす。
【００３０】
冷却器１７には２本の配管ｐが接続され、このうちの１本の配管ｐ中途部に、利用部位で利用してある程度温度上昇した熱媒を冷却器１７から図中矢印方向へ給出する循環ポンプ２０が設けられる。
【００３１】
上記冷却器１７から延出される２本の配管ｐは、冷却切換器１８に接続される。上記循環ポンプ２０の存在から、一方配管ｐが冷却器１７の熱媒を上記冷却切換器１８へ案内する導出管となり、他方配管ｐが冷却切換器１８から熱媒を冷却器１７へ戻し案内する戻し管となる。
【００３２】
上記冷却切換器１８は、流出部と流入部とで対になる接続ポート１８ａ〜１８ｄが各々４対備えられる。さらに、冷却切換器１８は循環用配管ｐの両端部を接続する接続ポート１８ｅを備えている。この循環用配管ｐには補助循環ポンプ２１が設けられ、図中実線矢印方向へ熱媒を循環供給するようになっている。
【００３３】
上記冷却切換器１８内部には２組の切換え機構が収容されている。一方の切換え機構は、各接続ポート１８ａ〜１８ｄのうちの、いずれか１対の接続ポートと上記導出管ｐおよび戻し管ｐとを連通するように切換える。
【００３４】
他方の切換え機構は、各接続ポート１８ａ〜１８ｄのうちの、いずれか２対の接続ポートと上記循環用配管ｐおよび上記２対の接続ポート相互を連通するように切換える。
【００３５】
なお、冷却切換器１８に備えられる２組の切換え機構は、同時に切換え作用をなす。この切換え作用にともなって、冷却器１７と１対の接続ポート１８ａ〜１８ｄのいずれかが連通し、循環用配管ｐと２対の接続ポート１８ａ〜１８ｄのいずれかが連通するので、常に３対の接続ポートが同時に切換えられる。
【００３６】
上記冷却切換器１８における４対の接続ポート１８ａ〜１８ｄには、それぞれ配置順に上記第１〜第４の吸着塔Ａ〜Ｄにおける蒸発器３ａ〜３ｄの熱交換パイプ９に連通する配管ｐが接続されている。したがって、冷却切換器１８は常に、冷却器１７と循環用配管ｐおよび第１〜第４の吸着塔Ａ〜Ｄのうちの３組の吸着塔の蒸発器３ａ〜３ｄのいずれかに熱媒を供給するよう切換える。
【００３７】
上記第２の放熱切換器１９には、放熱器１４と第１の放熱切換器１３とを連通する配管ｐの中途部から分岐する配管ｐが接続される。そして、第２の放熱切換器１９には、流出部と流入部とで対になる接続ポート１９ａ〜１９ｄが各々４対備えられる。
【００３８】
第２の放熱切換器１９内部には１組の切換え機構が収容されていて、この作用にともない第１〜第４の接続ポート１９ａ〜１９ｄのうちの、いずれか２対の接続ポートが上記導入管ｐと戻し管ｐおよび上記接続ポート相互に連通するように切換えられる。
【００３９】
第２の放熱切換器１９の４対の接続ポート１９ａ〜１９ｄは、第１〜第４の吸着塔Ａ〜Ｄにおける凝縮器２ａ〜２ｄに配置順に連通する配管ｐが接続される。したがって、第２の放熱切換器１９は第１〜第４の吸着塔Ａ〜Ｄにおける凝縮器２ａ〜２ｄのうち、常に２組の吸着塔における凝縮器に熱媒を供給するよう切換えられる。
【００４０】
このようにして構成される吸着式冷凍機であって、つぎにこの冷凍機の運転方法について説明する。
【００４１】
図２は、［状態１］を示していて、第１の吸着塔Ａにおける吸着器１ａの吸着剤Ｓから吸着質Ｋを脱着する脱着工程が行われ、第２の吸着塔Ｂにおける吸着器１ｂの吸着剤Ｓに対する予冷工程が行われ、第３の吸着塔Ｃにおける吸着器１ｃの吸着剤Ｓに吸着質Ｋを吸着する吸着工程が行われ、第４の吸着塔Ｄにおける吸着器１ｄの吸着剤Ｓに対する予熱工程が行われる。
【００４２】
すなわち、循環ポンプ１５が駆動され、熱源器１１から供給される高温の熱媒は熱源切換器１２を介して第１の吸着塔Ａにおける吸着器１ａに導かれ、ここで吸着剤Ｓを加熱する。そのため、第１の吸着塔Ａにおいて前工程で予熱した吸着剤Ｓから吸着質Ｋを脱着する脱着作用をなす。
【００４３】
同時に、循環ポンプ１６が駆動され、放熱器１４から低温の熱媒が第１の吸着塔Ａにおける凝縮器２ａに導かれる。吸着剤Ｓを加熱することによって吸着剤Ｓから脱着した吸着質Ｋは、凝縮器２ａと熱交換して凝縮液化し、後述する吸着工程で蒸発し易いように状態変化をなす。
【００４４】
一方、放熱器１４から供給される低温の熱媒は第１の放熱切換器１３を介して第３の吸着塔Ｃにおける吸着器１ｃに導かれ、吸着剤Ｓを冷却する。そのため、第３の吸着塔Ｃにおいて前々工程で吸着質Ｋが脱着され、前工程で予冷したあとの吸着剤Ｓは吸着質Ｋを吸着する吸着作用が行われる。
【００４５】
この第３の吸着塔Ｃにおいては、冷却器１７から冷熱を出力したあとの、ある程度温度上昇した熱媒が循環ポンプ２０の作動によって蒸発器３ｃに導かれる。そして、この蒸発器３ｃでは吸着質Ｋの蒸発にともなう潜熱の発生があり、蒸発器３ｃに導かれる熱媒は温度低下する。
【００４６】
蒸発器３ｃで温度低下した熱媒は再び冷却器１７に導かれ、ここに集溜される熱媒が温度低下する。したがって、冷却器１７に冷熱が蓄積されることになり、必要に応じて冷熱を取出して利用部位に供給でき、冷凍作用を得られる。
【００４７】
なお、上記第２の吸着塔Ｂにおける吸着器１ｂでは予冷工程が行われている。この予冷工程は、第２の吸着塔Ｂにおける前工程（脱着工程）で温度上昇した吸着剤Ｓをある程度冷却し、次工程（吸着工程）との温度差を小さくして切換えを円滑化し、かつ熱ロスを最小限に抑制するための工程である。
【００４８】
具体的には、放熱器１４から第１の放熱切換器１３を介して第３の吸着塔Ｃの吸着器１ｃに導かれたあとの熱媒を、第２の吸着塔Ｂの吸着器１ｂに導びくように第１の放熱切換器１３が切換えられる。上述したように第３の吸着塔Ｃでは吸着工程をなしていて、ここである程度温度上昇した熱媒が導びかれる。
【００４９】
しかしながら、第２の吸着塔Ｂの吸着器１ｂに導かれる熱媒の温度は、前工程（脱着工程）における吸着剤Ｓの温度よりも低いから、この吸着剤Ｓを冷却（予冷）することができる。
【００５０】
さらに、第２の吸着塔Ｂにおける蒸発器３ｂには、冷却切換器１８の循環ポンプ２１と循環用配管ｐを介して第４の吸着塔Ｄの蒸発器３ｄにおける前工程（吸着工程）の余熱による低温の熱媒が導かれているので、蒸発器３ｂ自体の温度低下も得られる。このような切換え操作によって、予冷工程が円滑に行われる。
【００５１】
上記第４の吸着塔Ｄにおける吸着器１ｄでは予熱工程が行われている。この予熱工程は、前工程（吸着工程）で温度低下した吸着剤Ｓをある程度加熱し、次工程（脱着工程）との温度差を小さくして切換えを円滑化し、かつ熱ロスを最小限に抑制するために切換えられる。
【００５２】
具体的には、熱源器１１から熱源切換器１２を介して第１の吸着塔Ａの吸着器１ａに導かれたあとの熱媒を、第４の吸着塔Ｄの吸着器１ｄに導びくように熱源切換器１２が切換えられる。上述したように、第１の吸着塔Ａでは脱着工程をなしていて、ここからある程度温度低下した熱媒を導くことになる。
【００５３】
しかしながら、第４の吸着塔Ｄの吸着器１ｄに導かれる熱媒は前工程（吸着工程）における吸着剤Ｓの温度よりも高いから、この吸着剤Ｓの温度上昇を図って予熱することができる。
【００５４】
さらに、第４の吸着塔Ｄにおける蒸発器３ｄには、冷却切換器１８の切換えと循環ポンプ２１の作動によって、第２の吸着塔Ｂの蒸発器３ｂから熱媒が導かれている。第２の吸着塔の吸着器Ｂでは予冷工程が行われていて、ここで蒸発器３ｂから汲み上げた熱を第４の吸着塔Ｄの蒸発器３ｄに導びくことになる。
【００５５】
さらには、第４の吸着塔Ｄの凝縮器３ｄには、脱着工程が行われている第１の吸着塔Ａにおける凝縮器２ａから熱媒が導かれる。すなわち、第１の吸着塔Ａの凝縮器２ａから汲み上げた熱を第４の吸着塔Ｄの凝縮器２ｄに導びいて吸着質Ｋを温める。
このようにして、第４の吸着塔Ｄにおいては第１の吸着塔Ａの吸着器１ａと凝縮器２ａから流出した熱媒の余熱を利用する予熱工程が行われる。
【００５６】
以上で、［状態１］における第１の吸着塔Ａでの脱着工程と、第２の吸着塔Ｂでの予冷工程と、第３の吸着塔Ｃでの吸着工程および第４の吸着塔Ｄでの予熱工程の、それぞれの説明がなされる。
【００５７】
図３は、［状態２］を示している。第１の吸着塔Ａ〜第４の吸着塔Ｄにおいては、先に説明した［状態１］での工程から順次１工程づつ繰り上がった工程となる。
【００５８】
すなわち、第１の吸着塔Ａにおいて予冷工程が行われ、第２の吸着塔Ｂにおいて吸着工程が行われ、第３の吸着塔Ｃにおいて予熱工程が行われ、第４の吸着塔Ｄにおいて脱着工程が行われる。
【００５９】
図４は、［状態３］を示していて、第１の吸着塔Ａにおいて吸着工程が行われ、第２の吸着塔Ｂにおいて予熱工程が行われ、第３の吸着塔Ｃにおいて脱着工程が行われ、第４の吸着塔Ｄにおいて予冷工程が行われる。
【００６０】
図５は、［状態４］を示していて、第１の吸着塔Ａにおいて予熱工程が行われ、第２の吸着塔Ｂにおいて脱着工程が行われ、第３の吸着塔Ｃにおいて予冷工程が行われ、第４の吸着塔Ｄにおいて吸着工程が行われる。
【００６１】
［状態２］ないし［状態４］における詳細な説明を省略するが、第１の吸着塔Ａ〜第４の吸着塔Ｄのそれぞれにおいて、先に説明した［状態１］での工程から１工程づつ繰り上がった工程が［状態２］であり、ここからさらに１工程づつ繰り上がった工程が順次［状態３］および［状態４］となる。
【００６２】
このようにして、第１の吸着塔Ａ〜第４の吸着塔Ｄにおいて、それぞれが −脱着工程−予冷工程−吸着工程−予熱工程− と順次切換えられる。そして、これらの工程切換えは、熱源切換器１２、第１の放熱切換器１３、第２の放熱切換器１９および冷却切換器１８の切換え操作によって可能であり、これら切換器は制御部からの制御信号に応じて操作される。
【００６３】
第１の吸着塔Ａ〜第４の吸着塔Ｄは、［表１］に示すように、状態１−状態２−状態３−状態４と順次切換えて再び状態１に戻る。
【００６４】
【表１】

【００６５】
このようにして、吸着式冷凍サイクルを構成することにより、全ての吸着塔Ａ〜Ｄにおいて吸着工程の前に予冷工程が行なわれ、脱着工程の前に予熱工程が行われる。
【００６６】
したがって、脱着工程と吸着工程後の各吸着器１ａ〜１ｄにおける吸着剤Ｓの余熱を処理して、次の吸着工程と脱着工程の開始後、速やかに吸着質Ｋの吸着作用もしくは脱着作用が開始できることとなり、吸着式冷凍機における吸着／脱着を効率よく行える。
【００６７】
上述した冷凍サイクル構成では、予熱工程において脱着工程にある吸着塔の吸着器から導出した熱媒を用いて、予熱工程にある吸着塔の吸着器に導入し、吸着剤を予め予熱する。予冷工程では、吸着工程にある吸着塔の吸着器から導出した熱媒を、予冷工程にある吸着塔の吸着器に導入し吸着剤を予め予冷する。
【００６８】
このことにより、放熱器１４に戻る熱媒の温度を高め、放熱器１４の放熱効率を高めて、放熱器の小型化を図ることができる。
また、脱着工程終了時の熱媒を予熱工程における熱媒として導き、この熱媒の温度を、より低減させ、より低い温度の熱媒として熱源器１１に戻すことが可能であり、熱源器１１に戻る熱媒の温度を下げ、熱源器１１の加熱効率を高めることができる。
【００６９】
したがって、たとえば燃料電池の熱出力を熱源とした場合でも、放熱器を追加設置するなどの対応が不要となり、熱ロスの低減を図ることができる。
【００７０】
さらに、上述の運転方法の予熱工程では、脱着工程にある吸着塔の凝縮器を経由して、予熱工程にある吸着塔の凝縮器に熱媒を導くようにした。そのため、予熱工程でも吸着器の吸着剤に対して脱着を促進することが可能となる。
【００７１】
さらに、上述の運転方法の予冷工程では、予熱工程にある吸着塔の蒸発器を経由して、予冷工程にある吸着塔の蒸発器に熱媒を送るようにした。そのため、吸着工程に入る前に蒸発器の温度を低下することが可能となり、吸着工程に移行した直後から速やかに冷熱を出力できる。
【００７２】
なお、上述したように、各吸着塔は、各々独立した１つの容器中に吸着器、凝縮器および蒸発器を収容した簡単な構成である。この構成によれば、吸着工程および脱着工程における吸着質の移動が容器内に限られ、前述の特許文献１に記載されているような、吸着質の移動を阻害する要因になる配管接続および弁の切換え等を必要としない。
【００７３】
また、各吸着塔に収容される蒸発器の凝縮吸着質液の受液容器を二重構造の断熱容器としている。このことにより、吸着塔外部からの熱侵入によるロスを防止し、吸着式冷凍サイクルの効率向上を図れる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、脱着工程と吸着工程後の吸着器での余熱を処理し、次の吸着工程と脱着工程において、速やかに吸着剤に対する吸着と脱着を開始して、吸着工程と脱着工程を効率よく行えるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る、吸着式冷凍機の構成図。
【図２】同実施の形態に係る、［状態１］の工程を説明する図。
【図３】同実施の形態に係る、［状態２］の工程を説明する図。
【図４】同実施の形態に係る、［状態３］の工程を説明する図。
【図５】同実施の形態に係る、［状態４］の工程を説明する図。
【符号の説明】
Ｓ…吸着剤、Ｋ…吸着質、５…熱交換器、１ａ〜１ｄ…吸着器、２ａ〜２ｄ…凝縮器、３ａ〜３ｄ…蒸発器、Ａ…第１の吸着塔、Ｂ…第２の吸着塔、Ｃ…第３の吸着塔、Ｄ…第４の吸着塔、１１…熱源器、１４…放熱器、１７…冷却器、ｐ…配管、１２…熱源切換器、１３…第１の放熱切換器、１９…第２の放熱切換器、１８…冷却切換器。

Claims

吸着剤を加熱し、もしくは冷却することにより、吸着剤から吸着質を脱着させ、もしくは吸着剤に吸着質を吸着させて、ヒートポンプ作用を行う吸着式冷凍機において、
吸着剤が充填されるとともに熱交換器を有する吸着器、吸着剤から脱着した吸着質を凝縮液化させる凝縮器および、液化した吸着質を蒸発させる蒸発器等を内蔵する少なくとも４組の吸着塔と、
上記各吸着塔における上記吸着器の熱交換器へ高温の熱媒を供給する熱源器と、上記吸着器の熱交換器と上記凝縮器へ低温の熱媒を供給する放熱器と、上記蒸発器での吸着質の蒸発にともなって得られる冷熱を出力し冷凍作用をなす冷却器と、
これら少なくとも４組の吸着塔と、熱源器と、放熱器および冷却器を接続して熱媒を導く配管と、これら配管に設けられ熱媒の流れを切換える切換器とで吸着式冷凍サイクルを構成することを特徴とする吸着式冷凍機。
上記請求項１記載の吸着式冷凍機を用いて、
それぞれの吸着塔に対して、
上記放熱器から低温の熱媒を上記吸着器の熱交換器へ導き、吸着器内の吸着剤を冷却して吸着質の吸着を行う吸着工程と、
上記熱源器から一旦別の吸着塔に導かれ温度低下した熱媒を上記吸着器の熱交換器へ導き、吸着器内の吸着剤を予熱する予熱工程と、
上記熱源器から高温の熱媒を上記吸着器の熱交換器へ導き、吸着器内の吸着剤を加熱して吸着剤から吸着質を脱着させる脱着工程と、
上記放熱器から一旦別の吸着塔に導かれ温度上昇した熱媒を上記吸着器の熱交換器へ導き、吸着器内の吸着剤を予冷する予冷工程と
を順次切換えて運転を行うことを特徴とする吸着式冷凍機の運転方法。
上記予熱工程では、脱着工程にある吸着塔の吸着器から導出され温度低下した熱媒を、予熱工程にある吸着塔の吸着器に導入し、
上記予冷工程では、吸着工程にある吸着塔の吸着器から導出され温度上昇した熱媒を、予冷工程にある吸着塔の吸着器に導入することを特徴とする請求項２記載の吸着式冷凍機の運転方法。
上記予熱工程では、脱着工程にある吸着塔の凝縮器から流出して温度上昇した熱媒を、予熱工程にある吸着塔の凝縮器に導入することを特徴とする請求項２記載の吸着式冷凍機の運転方法。
上記予冷工程では、予熱工程にある吸着塔の蒸発器から流出して温度低下した熱媒を、予冷工程にある吸着塔の蒸発器に導入することを特徴とする請求項２記載吸着式冷凍機の運転方法。
吸着剤を加熱し、もしくは冷却することにより、吸着剤から吸着質を脱着させ、もしくは吸着剤に吸着質を吸着させて、ヒートポンプ作用を行う吸着式冷凍機において、
吸着剤が充填されるとともに、吸着剤を加熱もしくは冷却する熱交換器を有する吸着器、吸着剤から脱着した吸着質を凝縮液化させる凝縮器および、液化した吸着質を蒸発させる蒸発器等を一つの容器に内蔵する吸着塔を有し、上記吸着塔における上記蒸発器は、断熱容器を備えたことを特徴とする吸着式冷凍機。